Hapnik on kõrvalsaadus, mis eraldub siis, kui taimed osalevad fotosünteesis - protsessis, mida nad kasutavad oma toidu tootmiseks. Fotosünteesi käigus toimuvad keemilised sündmused on keerulised. Tulemuseks on see, et kuuest süsinikdioksiidi molekulist ja kuuest veemolekulist saab kuus glükoosi ja kuus hapniku molekuli. Sõna "fotosüntees" tähendab "asjade valmistamist valgusega".
Õhu tähtsus taimedele ja loomadele
Ilma hapniku, lämmastiku, süsinikdioksiidi ja muude jälgitavate gaaside spetsiifiliste keemiliste suheteta, mis moodustavad Maa õhutaimed ja loomad, poleks miski elus, nagu me seda teame. Fotosünteesi tulemusena elavad loomad sümbiootilises suhtes kogu taimeeluga Maal. Taimed vajavad loomade süsinikdioksiidi väljasaatmist, samas kui loomad vajavad taimede hapnikku.
Õhk on Maal elamiseks nii hädavajalik, et uurides hapnikuga fotosünteesi arengut Woodward Fischer ja tema kaastöötajad saavad kindlaks teha meie planeedi ajaloo võtmesündmused, näiteks kui esmakordselt esinevad tsüanobakterid ja taimed tekkis. Päris lahe eks?
Vesi ja toitained
Taimejuured imavad maapinnast vett ja mõningaid toitaineid. Vesi liigub taimest ülespoole läbi ksülemi, mis on spetsialiseerunud kude taime sees. Vett on vaja elutähtsate toitainete transportimiseks kogu taimes ja sellest saab fotosünteesi käigus tekkiva keemia redutseerija. Taim kasutab vett süsinikdioksiidi molekulide lagundamiseks, enne kui need saab uuesti kokku panna suhkruaineks, mida taim kasutab salvestatud energiana.
Päikese energia
Päikesevalguses olevad footonid annavad fotosünteesi tekkimiseks vajaliku energia. Taim püüab neid footoneid valgust neelavate pigmentidega, näiteks klorofülli ja karotenoididega. Need pigmendid vastutavad ka taimede roheliste lehtede eest. Klorofüll ja karotenoidid ei ima värvispektrist tõhusalt rohelist ega kollast valgust. Seetõttu peegelduvad need värvid lehtedest eemale, muutes need meie silmis roheliseks.
Süsinikdioksiid
Taimed absorbeerivad õhust süsinikdioksiidi pisikeste avade kaudu, mida nimetatakse taime epidermis või väliskoes kihis olevateks stomaatideks. Need mikroskoopilised stomata poorid avanevad ja sulguvad, kui taime vajadused muutuvad süsinikdioksiidi neelamisest hapniku ja vee väljutamiseks. Süsinikdioksiid esineb atmosfääris nii loomade väljahingamisel hingamise ajal kui ka laguneva orgaanilise aine tõttu.
Glükoosi valmistamine
Kui kõik vajalikud koostisosad on paigas, rebib taim osa juurte kaudu imendunud veest ja atmosfäärist sisse võetud süsinikdioksiidist. Rida keemilisi reaktsioone ja päikese energia lahutab molekulid. Teine keemiliste reaktsioonide seeria, kasutades taas päikeseenergiat, ühendab saadud aatomid uuesti glükoosimolekulideks. Taim hoiab kasvu jaoks suurema osa sellest lihtsast suhkrust ja tarbib fotosünteesi ajal vähe.
Millise protsessi jaoks kasutavad rakud hapnikku?
Hapnik on fotosünteesi kõrvalprodukt. Taim ei vaja hapniku molekule, mistõttu nad väljutatakse stomata kaudu. Taimede väljutatav hapnik satub õhku loomade ja aeroobsete bakterite sissehingamiseks.
Loomarakud kasutavad hapnikku oksüdatsiooniks nimetatava protsessi jaoks. Oksüdeerimine on toidumolekulide lagundamiseks glükoosimolekulide eraldamiseks ülioluline. Seejärel kasutab keha glükoosi energiaallikana keha kriitilistes ainevahetusprotsessides.
Lõbusad taimekatsed kodus proovimiseks
Et näha, kuidas taimed toimivad hapnikku tegevuses, vali taimelt roheline leht, asetage see veeklaasi ja jätke paariks tunniks päikese kätte. Tagasi tulles näete, et lehel ja klaasi ümber on tekkinud vähe õhumulle. Hea välimuse saamiseks võib vaja minna suurendusklaasi.